Czy nowoczesne budynki reklamowane jako "inteligentne" są takie w istocie?

Wyposażenie składające się na nowoczesny system techniczny nazywany inteligentnym budynkiem, staje się coraz łatwiej dostępne, stąd rośnie stale liczba realizacji technicznych, którym przypisuje się miano budynku inteligentnego (Patrz rysunek). Pojawia się jednak uzasadniona wątpliwość, czy wszystkie te zrealizowane systemy, a także nowe rozwiązania, oferowane w formie projektów przez wyspecjalizowane firmy, rzeczywiście zasługują na miano budynku inteligentnego?

Określenie „inteligentny budynek” w wielu przypadkach stosowane jest trochę „na wyrost”. W rzeczywistości budynki obdarzone tą nazwą mają dobre wyposażenie w zakresie monitoringu i rozproszonej automatyki, ale z prawdziwą inteligencją mają bardzo mało wspólnego.

Dlaczego?

Żeby odpowiedzieć na to pytanie zastanówmy się, czym jest inteligencja?

Niezawodna zwykle Wikipedia podaje najpierw definicję opisową: "Inteligencja to zdolność do postrzegania, analizy i adaptacji do zmian otoczenia". Gdyby poprzestać tylko na tej części definicji, to nowoczesny budynek wyposażony w setki różnych czujników i urządzeń monitorujących na pewno spełnia jej wymagania w zakresie postrzegania.
Co więcej, budynek taki wyposażony w programowalne systemy analizy sygnałów z tych czujników i urządzeń monitorujących oraz w liczne systemy automatyki także i z tego punktu widzenia mógłby spełnić warunki obiektu wyposażonego w inteligencję.
Jednak twórcy definicji encyklopedycznej poszli dalej i postawili dalsze wymagania, warunkujące atrybut "bycia inteligentnym". Zażądali mianowicie tego, żeby obiekt inteligentny posiadał dodatkowo "zdolność rozumienia, uczenia się oraz wykorzystywania posiadanej wiedzy i umiejętności w sytuacjach nowych". Przyjrzyjmy się, co to w istocie oznacza. Zamiast szukać abstrakcyjnych definicji skorzystajmy z przykładu. Niewątpliwie inteligentny jest człowiek, spójrzmy zatem na rysunek, przedstawiający, jak się przejawia inteligencja u człowieka.
Jeśli w podobny sposób "sportretujemy" inteligentny budynek, to od razu ujawnią się jego podstawowe braki, powodujące, że o "inteligencji" można w tym przypadku mówić jedynie przy użyciu mocnego cudzysłowu.
Jak widać tym, co odróżnia rzekomo inteligentny budynek od naprawdę inteligentnej istoty są bardzo ubogie procesy wewnętrzne. System sterowania budynku ma niewielką wiedzę, na ogół reaguje na zaistniałe sytuacje w sposób z góry zaprogramowany i niezmienny, a więc nie rozumuje i nie wykazuje zdolności do uczenia się, co jest dużym mankamentem, jeśli mamy mówić o jakiejkolwiek inteligencji. Co więcej systemy automatyki budynkowej (podobnie jak wszystkie systemy automatyki) nie mają zdolności rozumienia rejestrowanych sygnałów i związanych z nimi sytuacji, jak również nie wykazują własnej intencjonalności. Nawiasem mówiąc o ile zdolność rozumienia (i rozumowania) byłaby zapewne dla mieszkańców i użytkowników inteligentnego budynku wysoce pożądana (między innymi w kontekście potrzeby zapewnienia bezpieczeństwa)
o tyle intencjonalność systemu automatyki (prawie tożsama z możliwością samodzielnej generacji celów sterowania i sposobów osiągania tych celów) mogłaby być potencjalnie niebezpieczna, więc zapewne nie będzie nigdy stawiana jako cel dla twórców nawet tych najbardziej ambitnych rozwiązań.

Sztuczna inteligencja jest w zautomatyzowanym budynku potrzebna między innymi do tego, żeby uciążliwy i czasochłonny proces dostrajania urządzeń automatyki zamienić na proces automatycznego uczenia się systemu inteligentnego. Rozważmy budynek o wielu pomieszczeniach, które mają różne wielkości i różne przeznaczenie. Powiedzmy, że oprę dalszy wywód na przykładzie budynku wchodzącego w skład kampusu akademickiego.
Budynek taki zawiera bardzo różne pomieszczenia: indywidualne gabinety profesorów, zbiorowe pokoje do pracy asystentów i adiunktów, pracownie badawcze i laboratoria dydaktyczne (zdecydowania odmiennie eksploatowane), pomieszczenia seminaryjne i ćwiczeniowe, małe i duże sale wykładowe (pojemność od 20 do 500 osób), pomieszczenia socjalne, magazyny aparatury naukowej i dydaktycznej, pomieszczenia mieszczące węzły sieci komputerowej i serwerownie, pomieszczenia sanitarne i wiele innych, nie mówiąc o korytarzach, klatkach schodowych i innych ciągach komunikacyjnych. Pomieszczenia te różnią się nie tylko wielkością i przeznaczeniem, ale także drastycznie różny jest sposób ich eksploatacji: w gabinetach i laboratoriach zwykle przez dłuższy czas przebywa ustalona liczba osób, sale wykładowe i ćwiczeniowe są zapełnianie i opróżniane w dającym się przewidzieć rytmie, ale na przykład pomieszczenia socjalne (zawierające między innymi automaty z napojami) są przez większość czasu puste, by określonych momentach (przerwy w wykładach) przeżywać prawdziwe oblężenie i przepełnienie.

We wszystkich tych pomieszczeniach trzeba zapewnić odpowiednie warunki ogrzewania (lub klimatyzacji) skojarzone z ewentualnym automatycznym uchylaniem i zamykaniem okien, sterowanie oświetleniem (wraz z kontrolą obecności w pomieszczeniu ludzi oraz wraz z automatycznym sterowaniem żaluzjami dla zapobiegania nadmiernemu nasłonecznieniu wnętrza) oraz wentylacji (związanej z liczbą osób znajdujących się w pomieszczeniu). Zadania te mogą realizować indywidualne sterowniki, ale wtedy każdy z tych sterowników trzeba inaczej nastroić i indywidualnie zaprogramować, biorąc pod uwagę wspomniane wyżej zróżnicowane wymiary, przeznaczenie i drastycznie niekiedy odmienny tryb eksploatacji poszczególnych pomieszczeń.
Zadanie to można jednak rozwiązać o wiele skuteczniej, wygodniej i eleganciej, wykorzystując algorytmy sztucznej inteligencji i metody automatycznej adaptacji lokalnych metod sterowania do zmiennych potrzeb i indywidualnych uwarunkowań. Zawarte w haśle sztucznej inteligencji możliwości automatycznej klasyfikacji i kategoryzacji rejestrowanych zbiorów danych pomiarowych i obserwacyjnych do określonych klas, możliwości automatycznego rozpoznawania obrazów i innych sygnałów, możliwości automatycznego uczenia się i samouczenia, możliwości korzystania z wiedzy ekspertów i metod automatycznego wnioskowania – wszystko to sprawia, że nad złożonością zadań sterowania, jakie się tu pojawiają o wiele łatwiej jest zapanować. W przypadku zastosowania w praktyce algorytmów sztucznej inteligencji nie tylko możliwa jest optymalizacja funkcjonowania całego inteligentnego budynku, traktowanego jako jeden duży złożony system, ale jak pokazałem – łatwiejsze jest optymalne dostrojenie lokalnych systemów sterowania oraz ewentualne automatyczne zmiany tego dostrojenia w przypadku, gdy funkcja któregoś z pomieszczeń zostaje zredefiniowana przez użytkownika i dotychczasowe schematy sterowania nie przystają do zmienionych sposobów eksploatacji poszczególnych pomieszczeń.

Czego jeszcze można oczekiwać od sztucznej inteligencji w kontekście potrzeb użytkowników inteligentnego budynku?

Jak się wydaje jednym z pierwszych obszarów, jaki w tym zakresie będzie zagospodarowany, będzie dziedzina monitoringu wizyjnego i związanej z tym kontroli bezpieczeństwa. Kamery obserwacyjne zamontować jest łatwo. Są one obecnie tanie, więc montuje się ich dużo z trochę iluzorycznym przekonaniem, że większa ilość takich monitorowanych miejsc oznacza większe bezpieczeństwo.
Bezpieczeństwo obiektów z monitoringiem wizyjnym jest - jak napisałem - iluzoryczne, ponieważ otwarty pozostaje problem, co robić z pozyskanymi z monitoringu obrazami? Jeśli jest ich niewiele - można powierzyć ich analizę i ocenę ludziom. Obrazy z monitoringu pokazuje się personelowi ochrony budynku i ten personel na odpowiednich ekranach stara się wykryć źródła ewentualnych zagrożeń.
Gdy jednak kamer jest wiele i strumieni wideo wymagających analizy przybywa - ludzie nie są w stanie sobie z tym poradzić i konieczne jest ich wspomaganie za pomocą narzędzi sztucznej inteligencji.
Jak wynika z przytoczonych uwag, aktualnie tworzone tak zwane "inteligentne budynki" w istocie jeszcze w pełni inteligentne nie są. Zachodzi więc pilna potrzeba prowadzenia prac rozwojowych - naukowych, konstrukcyjnych i projektowych, zmierzających do tego, żeby inteligentne budownictwo w coraz większym stopniu właśnie ową inteligencją było nasycone. Unikatową możliwość prowadzenie takich badań daje DLJM Lab - Laboratorium Inteligentnego Budownictwa. Budowa tego laboratorium finansowana jest z projektu „Innowacyjna usługa wsparcia procesu produkcji urządzeń i systemów inteligentnego budownictwa”. Istotą projektu jest fakt, że ma powstać budynek-laboratorium, nastawiony na to, że w tym budynku będzie można prowadzić bardzo różne badania zmierzające do optymalizacji urządzeń i systemów inteligentnego budownictwa. Podstawowe dane budynku-laboratorium są następujące: Powierzchnia użytkowa laboratorium: 1200 m², standard energetyczny: budynek niskoenergetyczny (zużycie energii 30 kWh/m2/rok), konstrukcja: 5 kondygnacji, w tym 2 podziemne. Jego ogólny wygląd przedstawia rysunek.
W budynku przewidziane są moduły funkcjonalne (zabudowane obok siebie co pozwala na prowadzenie eksperymentów porównawczych oraz łatwe przenoszenie aparatury kontrolno-pomiarowej i sterującej!) związane w normalnych warunkach z różnymi rodzajami budynków. Jest więc modelowe mieszkanie składające się z pokoju, sypialni, kuchni, łazienki i korytarza, jest pokój hotelowy z łazienką, jest kino i jest pokój konferencyjny. DLJM Lab jest tak zaplanowane, iż możliwe będzie w nim testowanie i optymalizowanie wszelkich nowych inteligentnych instalacji sterujących przeznaczonych do wykorzystania w domach, hotelach, biurach, szpitalach, różnych obiektach przemysłowych, centrach handlowych, halach sportowych i wszystkich innych budynkach. Zgodnie z tym, co powiedziano wyżej, w DLJM Lab szczególny nacisk położony będzie na badanie algorytmów i metod korzystających z mechanizmów uczenia się i samouczenia. Badania będą bazowały na algorytmach samouczących, które firma opracowała DLJM w oparciu o metodę łączącą modele matematyczno-logiczne z własnością samouczenia. Przeznaczone są one dla szerokiego spektrum zastosowań, zaś same algorytmy mogą być implementowane w urządzeniach o zróżnicowanej mocy obliczeniowej. Laboratorium skupi się na testach mających na celu określenie efektywności energetycznej i jakości sterowania przyjętych rozwiązań.

Przewidywane w tym laboratorium testowanie urządzeń i algorytmów sterowania inteligentnych budynków, monitorowanie parametrów obiektów budowlanych (w pomieszczeniach, w gruncie, w przegrodach) wpływających na budynek, ludzi i urządzenia w nim eksploatowane oraz badanie wpływu integracji poszczególnych podsystemów przewidzianych w budynku na zużycie energii, ergonomię i komfort użytkowników. Laboratorium będzie oferowało także szerokie możliwości badania i projektowania procesu integracji różnych składników inteligentnego budynku, czemu służyć będzie dostępny w laboratorium system BMS - oparty na magistrali nadrzędny system integrujący działanie wszystkich instalacji i urządzeń. Przewiduje się, że dzięki temu w doświadczalnym budynku uzyskane będzie do 15% niższe zużycie energii w stosunku do budynków wykorzystujących obecne na rynku systemy zarządzania budynkami i do 50% niższe zużycie energii w stosunku do budynków bez automatyki budynkowej i BMS.
Możliwości, jakie stworzy opisywane laboratorium, będą bardzo szerokie – można w nim będzie prowadzić badania naukowe zmierzające do uzyskania nowej wiedzy o systemach inteligentnego budynku, co może być nieocenione przy wykonywaniu prac doktorskich z tego zakresu oraz bardzo przydatne przy gromadzeniu materiałów do habilitacji. Ze światem akademickim może wiązać nowobudowany budynek-laboratorium nie tylko praca naukowa, ale także aktywność dydaktyczna. Dostępna w budynku doskonale wyposażona sala wykładowa połączona z możliwości ekspozycji „na żywo” (zaraz w sąsiednich pomieszczeniach i nie w sytuacjach modelowych, ale w normalnym działaniu) najnowszych krajowych i zagranicznych urządzeń automatyki i mechatroniki stosowanych w inteligentnych budynkach, stwarza nieocenione możliwości skutecznego i ciekawego nauczania o takich budynkach, o ich działaniu i o sposobach ich optymalizacji.

Nie tylko badaniami naukowymi i dydaktyką akademicką ma być wypełnione funkcjonowanie DLJM Lab. Można w nim będzie prowadzić prace czysto inżynierskie, związane z projektowaniem i wdrażaniem nowych systemów automatyki budynkowej. W szczególności możliwe będzie wspomaganie wynalazców, projektantów i konstruktorów poprzez prowadzenie prac zmierzających do właściwego uszeregowania priorytetów oraz do prawidłowego doboru urządzeń i oprogramowania dla potrzeb poprawnego skonfigurowania systemu dla konkretnego zastosowania. Bardzo ważna będzie także możliwość badania gotowych (firmowych) systemów automatyki budynkowej, dzięki czemu możliwe będzie ich obiektywne (niezależne) testowanie, ocenianie, a także w przyszłości być może także akredytowanie.

W laboratorium, o którym mowa, znajdą więc potrzebne udogodnienia i wyposażenie zarówno naukowcy, jak i wynalazcy, konstruktorzy, projektanci i specjaliści od eksploatacji inteligentnych budynków. Prace laboratorium, a co za tym idzie możliwość realizowania w nim pierwszych projektów, rozpoczną się pod koniec 2015 roku.
Trwa ładowanie komentarzy...